perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
OPTIMALISASI PARAMETER RANCANGAN IBU JARI UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND
Skripsi
TYO PRASETYO I 0308019
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user 2013
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
OPTIMALISASI PARAMETER RANCANGAN IBU JARI UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND
Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
TYO PRASETYO I 0308019
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user 2013 i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini, Nama
: Tyo Prasetyo
NIM
: I 0308019
Judul TA : Optimalisasi Parameter Rancangan Ibu Jari untuk Low Cost Anthropomorphic Prosthetic Hand Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dapat dinyatakan batal atau gelar Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila dikemudian
hari
terbukti
melakukan kebohongan
maka
saya
sanggup
menanggung segala konsekuensinya.
Surakarta, 7 Mei 2013
Tyo Prasetyo I 0308019
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini, Nama
: Tyo Prasetyo
NIM
: I 0308019
Judul TA : Optimalisasi Parameter Rancangan Ibu Jari untuk Low Cost Anthropomorphic Prosthetic Hand Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surakarta, 7 Mei 2013
Tyo Prasetyo I 0308113
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan Skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu selama penyusunan laporan skripsi ini yaitu : 1. Orang tua saya, Darman dan Komsiyah, adik serta keluarga besar yang selalu ada untuk memberikan doa, perhatian, dukungan, dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Industri UNS. 3. Ibu Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE, selaku pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan pengarahannya. 4. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT, selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan pengarahannya. 5. Ibu Azizah Aisyati, ST, MT dan Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT selaku penguji yang telah memberikan kritik dan saran terhadap penelitian ini. 6. Bapak Wakhid Ahmad Jauhari, ST, MT, selaku pembimbing akademik yang turut memberikan masukan dan semangat dalam pengerjaan skripsi ini. 7. Dedy Kuncara, ST selaku teman seperjuangan selama penelitian ini. 8. Seluruh Asisten Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk, khususnya asisten angkatan 2008. 9. Reza Rizkichani Akbar, ST, Ilham Akbar Nasution, ST, Danu Yudhi P., ST, dan Ferdy Yogo Saputra. Terima kasih atas waktu, ilmu dan dukungan yang diberikan. 10. Fitriyah Amira Assegaf, ST, Martika Mayangsari, ST, Wahyu Wulandari, ST dan R. Pitaloka N., ST, yang selalu mendukung dan memberikan semangat selama proses pengerjaan Skripsi ini. 11. Teman-teman Teknik Industri 2008 yang tidak dapat disebutkan satu persatu terima kasih atas waktu, bantuan, ilmu, semangat dan motivasi yang telah diberikan.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
12. Teman-teman Teknik Industri 2007 yang telah membantu dalam sharing ilmu. 13. Teman-teman Wisma Putra Galuh Kencana yang telah memberi semangat setiap harinya. 14. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala bantuan dan doa yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna dan banyak memiliki kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik, masukan dan saran yang membangun untuk penyempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca sekalian.
Surakarta, 7 Mei 2013
Penulis
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK Tyo Prasetyo, NIM : I0308019. OPTIMALISASI PARAMETER RANCANGAN IBU JARI UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, April 2013. Prosthetic hand, sebagai alat bantu bagi mereka yang kehilangan tangan, diharapkan memiliki kesamaan fungsi, bentuk, ukuran dan aspek umum lainnya dari tangan manusia. Kemampuan tersebut disebut dengan anthropomorphism. Akan tetapi, permintaan prosthetic hand yang dapat diproduksi dengan biaya rendah masih sangat tinggi karena prosthetic hand fungsional yang tersedia saat ini sangat mahal. Untuk memenuhi kriteria tersebut, dibutuhkan rancangan khusus untuk ibu jari yang akan memberikan penggenggaman yang sempurna pada prosthetic hand. Dibutuhkan juga parameter optimal untuk menjamin anthropomorphism-nya. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah mengoptimalisasi parameter rancangan ibu jari untuk low cost anthropomorphic prosthetic hand. Initial guess design untuk rancangan ibu jari yang diusulkan diperoleh dengan pengurangan segment atau ruas ibu jari dan membalik mekanisme gerak dari rancangan acuan yang sudah ada. Dengan demikian, initial guess design merupakan desain awal berupa cross four bar linkage sytem yang membalik mekanisme gerak sistem dorong menjadi sistem tarik. Panjang link pada initial guess design ditentukan berdasarkan pengukuran ruas-ruas dan sudut gerakan ibu jari manusia. Kriteria optimalisasi adalah lintasan gerak ibu jari, waktu, dan sudut gerakan ibu jari manusia. Kriteria tersebut diperoleh dari perekaman gerakan ibu jari saat menggenggam objek silindris yang diolah menggunakan freeware CVMob 3.0.3. Optimalisasi menggunakan modul optimization pada software SAM 6.0 dengan metode evolutionary algorithms. Panjang link yang optimal telah berhasil diperoleh. Tingkat error lintasan initial guess design sebesar 14,03% telah berhasil diturunkan menjadi 10,10% dengan desain optimal. Sedangkan tingkat error sudut gerkan initial guess design sebesar 53,83% telah berhasil diturunkan menjadi 26,86% dengan desain optimal. Kata-kata kunci: Anthropomorphic, Low Cost Prosthetic Hand, Optimalisasi, Parameter Rancangan, Ibu Jari. xvii + 61 halaman; 33 gambar; 14 tabel; 3 lampiran; 24 istilah Daftar pustaka: 27 (1956 -2012)
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Tyo Prasetyo, NIM: I0308019. OPTIMIZATION OF THUMB DESIGN PARAMETER FOR LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND. Thesis. Surakarta: Industrial Engineering Department of Engineering Faculty, Sebelas Maret University, April 2013. Prosthetic hand, as a tool for hand amputee, is expected to have similarities in function, shape, size and other general aspects to human hand. That ability is called as anthropomorphism. However, demand of a prosthetic hand that can be produced at low cost is still high since the current commercial functional prosthetic hand is very expensive. To be functional, it needs a specific design of thumb which will give a perfect grasping for the prosthetic hand. It also needs an optimum set of parameters to ensure its anthropomorphism. Therefore, the objective of this study is to optimize the design parameter of thumb for low cost anthropomorphic prosthetic hand. The initial guess design of proposed thumb design is obtained by reducing thumb segments and reversing the motion mechanism of the reference design. Thus, the initial guess design is a cross four bar linkage system with reversing the push system to a pull system. Link length of the initial guess design is determined by length of human thumb segments and the motion angle of human thumb movement. Optimization criterions are performed by the thumb motion trajectory, time, and angle of human thumb movement. Those criterions are obtained from capturing motion of human thumb while grasping a cylindrical object using CVMob 3.0.3 freeware. The optimization uses the optimization module of SAM 6.0 software with evolutionary algorithms as the method. The optimal length of links has been carried out. Based on the optimization results, the error rate of initial guess design trajectory has been successfully reduced from 14.03% to 10.10% by the optimal design. The error rate of initial guess design angle motion has been successfully reduced from 53.83% to 26.86% by the optimal design. Keywords: Anthropomorphic, Low Cost Prosthetic Hand, Optimization, Design Parameter, Thumb. xvii + 61 pages; 33 figures; 14 tables; 3 appendices; 24 terms References: 27 (1956 -2012).
commit to user viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................
ii
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ..............
iii
SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH .....................
iv
KATA PENGANTAR .................................................................................
v
ABSTRAK ...................................................................................................
vii
ABSTRACT .................................................................................................
viii
DAFTAR ISI ................................................................................................
ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xv
DAFTAR ISTILAH ....................................................................................
xvi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ....................................................................... I - 1
1.2
Perumusan Masalah .............................................................. I - 4
1.3
Tujuan Penelitian ...............................................................
I-4
1.4
Manfaat Penelitian .............................................................
I-4
1.5
Batasan Masalah ….............................................................
I-4
1.6
Asumsi Penelitian................................................................... I - 4
1.7
Sistematika Penulisan ............................................................ I - 5
TINJAUAN PUSTAKA 2.1
2.2
Tangan Manusia ................................................................. II - 1 2.1.1 Anatomi Tangan Manusia .....................................
II - 1
2.1.2 Gerakan Grasping Tangan Manusia .....................
II - 2
Ibu Jari ................................................................................ II - 3 2.2.1
2.3
Struktur Ibu Jari …………………………………. II - 3
Prosthetic Hand …………………………………………. II - 5 2.3.1
Jenis Prosthetic Hand …………………………… II - 5 commit to user ix
perpustakaan.uns.ac.id
2.3.2
digilib.uns.ac.id
Perkembangan Prosthetic Hand …………………. II - 7
2.4
Anthropomorphism …………………………………….... II - 8
2.5
Data Antropometri untuk Tangan Orang Indonesia ……..
2.6
LARM Hand …………………………………………….. II - 11 2.6.1
2.7
II - 9
Desain Ibu Jari pada LARM Hand ………………. II - 12
TBM Hand ……………………………………………… II - 13 2.7.1
Desain Ibu Jari pada TBM Hand ………………… II - 14
2.8
Posisi Penelitian …………………………………………. II - 14
2.9
SAM (Synthesis Analysis of Mechanism) ………………. II - 16
2.10 CVMob …………………………………………………. II - 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Identifikasi Awal ............................................................. III - 2
3.2
Pengumpulan dan Pengolahan Data .................................... III - 3
3.3
Analisis, Kesimpulan dan Saran ........................................ III - 10
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1
Pengumpulan Data …………………………………………IV - 1 4.1.1
Pengukuran Ruas-ruas Ibu Jari Tangan Manusia… IV - 1
4.1.2
Penentuan Dimensi Grasping Object ……………. IV - 1
4.1.3
Perekaman
Gerakan
Alami
Ibu
Jari
saat
Menggenggam Objek …………………………… IV - 1 4.2
Pengolahan Data……………………………………………… IV - 2 4.2.1 Pembuatan Konsep Rancangan Ibu Jari untuk IV - 2 low cost anthropomorphic prosthetic hand ……. 4.2.2 Perancangan Initial Guess Design untuk Cross-- IV - 4 Four Bar Linkage System Ibu Jari ........................ 4.2.3 Pembuatan Reference File................................................ IV - 6 4.2.4 Memodelkan Rancangan pada Software SAM 6.0. versi Trial …………….......................................... IV - 8 4.2.5 Pengaturan Objective pada Software SAM 6.0. versi Trial ……………………………………..… IV - 12 4.2.6 Penentuan Parameter Desain ………………...........IV - 12 commit to user x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4.2.7 Optimalisasi Menggunakan Software SAM 6.0 versi Trial ............................................................. IV - 13 4.2.8 Perhitungan Tingkat Error Lintasan Dan Sudut Gerak Desain Optimal ………………………….. IV - 17 BAB V
ANALISIS 5.1
Proses dan Hasil Optimalisasi ........................................... V - 1
5.2
Perbandingan Lintasan Gerak Rancangan Ibu Jari …........ V - 3
5.3
Karakteristik
Low
Cost,
Fungsional,
dan
Anthropomorphism …………………..……………….... VI
V-5
KESIMPULAN DAN SARAN 6.1
Kesimpulan ……………………………………………..……. VI - 1
6.2
Saran ……………………………………………………… VI - 1
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
commit to user xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Antropometri telapak tangan orang Indonesia ………………. II - 10
Tabel 2.2
Posisi Penelitian ………………………….………………….. II - 14
Tabel 4.1
Panjang ruas-ruas ibu jari tangan responden ............................ IV - 1
Tabel 4.2
Rekapitulasi kebutuhan teknis konsep rancangan ibu jari …... IV - 4
Tabel 4.3
Panjang link untuk initial guess design ..…………………….. IV - 6
Tabel 4.4
Titik referensi sebagai target lintasasn ..................................... IV - 7
Tabel 4.5
Koordinat titik parameter rancangan ibu jari ........................... IV - 9
Tabel 4.6
Posisi titik referensi pada initial guess design ......................... IV - 10
Tabel 4.7
Parameter awal untuk optimization dan searching domain ..... IV - 13
Tabel 4.8
Panjang link untuk desain optimal …….................................... IV - 14
Tabel 4.9
Posisi titik referensi pada desain optimal ................................. IV - 15
Tabel 4.10 Perbandingan sudut gerakan yang terbentuk antara desain optimal, initial guess design, dan ibu jari manusia .................. IV - 16 Tabel 4.11 Perbandingan panjang link initial guess design dan hasil optimalisasi ............................................................................... IV - 17 Tabel 4.12 Perhitungan error dan rata-rata error ....................................... IV - 18
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Anatomi tangan kanan manusia (palmar view) ……............... II - 1
Gambar 2.2
Gerakan tangan manusia (a) power grip (b) precision grip ..... II - 2
Gambar 2.3
The coal hammer grip ………………………………….......... II - 3
Gambar 2.4
Sendi dan tulang pada thumb ………………………………... II - 4
Gambar 2.5
Jangkauan gerak 1st CMC Joint pada thumb ……………….... II - 4
Gambar 2.6
Contoh prosthetic hand pasif ………………………………... II - 5
Gambar 2.7
Body powered prosthesis ……………………………………. II - 6
Gambar 2.8
Glove yang menyerupai tangan manusia untuk myoelectric hand …………………………………………………………. II - 7
Gambar 2.9
Prosthetic hand fungsional jenis prehensor dan hook ………. II - 8
Gambar 2.10 Prosthetic hand fungsional dengan glove …………………… II - 8 Gambar 2.11 Antropometri Tangan ………………………………………... II - 10 Gambar 2.12 Prototype LARM hand dengan tiga jari, (a) prototype jari dengan 1 DOF (b) prototype yang sedang menggenggam objek …………………………………………………………. II - 11 Gambar 2.13 Desain jari pada Prototype LARM Hand (a) sketsa 3D-CAD (b) diagram kinematik dengan parameter sudut (c) dengan parameter ukuran ……………………………………………. II - 12 Gambar 2.14 Prototype TBM Hand ……………………………………….. II - 13 Gambar 2.15 Desain jari pada TBM Hand (a) enam link untuk jari (b) assembled finger …………………………………………. II - 13 Gambar 2.16 Desain ibu jari pada prototype TBM Hand (a) keempat link (b) assembled thumb ………………………………………… II - 14 Gambar 2.17 Interface SAM untuk desain mekanisme ……………………. II - 16 Gambar 2.18 Tampilan awal freeware CVMob 3.0.3 ……………………... II - 18 Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ........................................................... III - 1
Gambar 3.2
Penambahan sebesar 0.5 sudut θ2 …………………………… III - 5
Gambar 4.1
Besi pipa sebagai grasping object ........................................... IV - 1
Gambar 4.2
Proses persiapan perekaman (a) posisi grasping object pada commit totitik user dudukannya (b) Penandaan parameter pada ibu jari ........ IV - 2
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.3
Photo sequence proses menggenggam objek ......................... IV - 2
Gambar 4.4
Initial guess design untuk ibu jari (a) Cross-four bar linkage System (b) ketujuh link parameter ………………………….. IV - 3
Gambar 4.5
Penentuan panjang l1 dan l2 …………………………………. IV - 3
Gambar 4.6
Sudut
Gambar 4.7
Initial guess design yang dimodelkan pada software SAM 6.0 IV - 8
Gambar 4.8
Memasukkan sudut gerakan sebagai input pada software
dan
...................................................................... IV - 4
SAM 6.0 versi trial .................................................................. IV - 8 Gambar 4.9
Kotak dialog untuk pengaturan objective pada software SAM 6.0 ……………………...……………………………… IV - 11
Gambar 4.10 Initial guess design dengan searching domain ........................ IV - 12 Gambar 4.11 Hasil optimization yang menghasilkan desain optimal …...…. IV - 12 Gambar 4.12 Lintasan gerakan fleksi ibu jari dengan desain optimal ……... IV - 13 Gambar 5.1
Grafik perbandingan lintasan …………….…………………... V - 3
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Hasil
pengolahan
video
proses
penggenggaman
menggunakan freeware CVMob 3.1 .................................
L-1
Lampiran 2
Pembuatan reference file ...................................................
L-7
Lampiran 3
Dokumentasi hasil optimization ........................................
L-8
commit to user
xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISTILAH Aktuator
Peralatan mekanis yang digunakan untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem.
Anthropometri
Studi yang berkaitan dengan pengukuran dimensi tubuh manusia.
Anthropomorphic
Aspek perancangan pada desain alat bantu yang dapat diartikan sebagai kemampuan alat untuk meniru baik dari segi bentuk fisik maupun fungsi anggota tubuh manusia yang hilang karena amputasi atau cacat sejak lahir.
Buckling
Penekukan pada batang dengan geometri ramping akibat menerima gaya yang melebihi beban kritis yang dapat diterima oleh batang tersebut.
Cross four bar
Sistem mekanisme dengan 4 batang menyilang.
linkage system Crossed-link
Link penghubung yang menggerakkan link utama.
Degree of freedom
Variable posisi bebas yang menempatkan posisi semua link dari suatu mechanism.
Distal phalanx
Ruas distal, ruas paling ujung dari ibu jari manusia.
Evolutionary
Algoritma optimalisasi heuristic menggunakan mekanisme
algoritms
evolusi organic, seperti mutasi, rekombinasi, seleksi alami untuk mencari konfigurasi optimal.
Extension
Gerak ekstensi ibu jari, yaitu menjauhi telapak tangan.
Flexion
Gerak fleksi ibu jari, yaitu mendekati telapak tangan.
Grasping
Gerakan mengambil, memegang, menggenggam tangan manusia.
Initial guess design Desain awal rancangan yang diusulkan untuk dioptimalisasi. Link
Batang yang menghubungkan dua joint atau sendi.
Low cost
Murah, dapat diproduksi dengan biaya yang rendah.
Metacarpal link
Metacarpal pertama tangan manusia yang terletak pada ibu jari.
Modulus elastisitas
commit to user yang merupakan perbandingan Tingkat kekakuan material
xvi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
tegangan dan regangan dari suatu material. Motor Unit Action Action potential yang dihasilkan oleh unit motorik (motor Potential
unit) pada jaringan otot.
Myoelectric
Berhubungan dengan sifat listrik dari jaringan otot yang dapat diperkuat dan telah banyak digunakan terutama dalam pengendalian dan pengoperasian dari perangkat buatan.
Prosthetic hand
Tangan palsu atau tangan buatan sebagai alat bantu bagi mereka yang kehilangan tangan.
Proximal phalanx
Ruas proximal, ruas paling pangkal dari ibu jari yang merupakan base.
Pull system
Sistem tarik, sistem penggerak ibu jari dengan menarik bagian pangkal ibu jari.
Push system
Sistem dorong, sistem penggerak ibu jari dengan mendorong bagian pangkal ibu jari.
Searching domain
Wilayah pencarian solusi optimal.
commit to user
xvii
